混凝土侵彻过程中弹道偏转的影响因素和规律研究

为了研究弹体斜侵彻半无限厚混凝土过程中不同因素对弹道偏转的影响规律,采用半经验公式法,确定了靶体响应力函数,然后利用ABAQUS,将靶体响应力函数加载到弹体表面作为有限元计算的边界条件,计算得到了弹体侵彻混凝土时弹体质心运动轨迹。分析发现,倾角越大,倾角对侵彻深度和偏转角的影响越明显;入射速度对弹道偏转的影响随着入射速度的增大呈现减小的趋势;质心位置越靠近弹体尾部,弹道偏转越大,越不利于侵彻。     

串联随进弹侵彻预开孔靶弹道轨迹的数值模拟

利用移动载荷自定义程序的弹-靶分离方法,并结合Forrestal半经验靶体阻力函数,开展了串联随进弹侵彻预开孔靶弹道轨迹数值模拟。在实验验证计算模型及自定义程序可靠的基础上,研究弹-靶轴偏置、倾角、攻角等对串联随进弹侵彻弹道轨迹的影响规律。研究结果表明：弹-靶 轴偏置、倾角、攻角等因素对弹体的弹道轨迹及侵彻深度影响显著;预开孔孔道具有一定的引导侵彻作用;在弹-靶轴偏置、倾角及攻角的共同影响下,随进弹侵彻预开孔靶存在着跳飞可能。     

弹体斜侵彻多层间隔钢靶的弹道特性

为分析弹体斜侵彻多层间隔靶的弹道特性,开展典型卵形弹体不同入射角侵彻多层间隔钢靶试验和数值模拟研究。利用有限元软件LS-DYNA建立弹体斜侵彻多层间隔钢靶数值仿真模型,分析弹体斜侵彻多层间隔钢靶作用过程,得出弹体入射角、弹体速度、靶体厚度及弹体变形对多层钢靶侵彻弹道特性的影响规律并进行了试验验证。结果表明：弹体入射角越大,侵彻弹道偏转越大;初始速度越大,弹体斜侵彻多层间隔钢靶偏转角度越小,且速度对偏转角的影响幅度随速度增大呈减小趋势;随着靶体厚度增加,弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道由整体向下偏转转变为整体向上偏转;靶体厚度对偏转角的影响幅度随靶体厚度增大呈增大趋势;刚性弹体斜侵彻多层间隔钢靶弹道偏转角度比变形弹小。     

高速破片对半无限厚钢靶的侵彻试验研究

进行了典型高速破片对半无限厚45号钢靶侵彻试验,并根据Tate-Alekseevskii弹体侵彻模型及理想刚塑性材料模型假定,推导了高速破片冲击下,半无限厚钢靶的侵彻深度计算公式,提出了靶体的抗侵彻阻力以及靶体材料动态屈服强度的计算方法,计算侵彻深度与试验结果吻合良好。结果表明:半无限厚45号钢靶的抗侵彻阻力约为5.246倍静态屈服强度;在平面应变侵彻条件下,当弹速为500～1300m/s时,45号钢的动态屈服强度约为静态屈服强度的2.998倍;弹体的临界侵彻速度为319.9m/s,冲击速度小于临界侵彻速度时不会发生侵彻。     

长杆弹侵彻半无限靶板的影响因素及其影响规律

针对长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板的问题,理论上分析了影响弹体侵彻效率的主要因素,并就其对长杆弹归一化侵彻深度的影响规律及机理进行了系统的探讨,得出了长杆弹截面形状、头部形状、长径比、入射速度、弹靶材料密度比、弹靶材料泊松比、弹靶材料强度在长杆弹侵彻过程中的影响机理和其对最终归一化侵彻深度的影响规律。这些结论能够对长杆弹、防护装甲以及防护工事的设计提供一定的科学依据。     

弹头形状对高速侵彻效应的影响

对60 mm口径的尖卵型和双弧线型弹体进行高速侵彻素混凝土靶试验,弹体撞击速度为800～1 400 m/s。试验结果表明,在所研究的速度范围内,弹体侵彻深度随着靶速度呈线性增加的趋势,弹体质量侵蚀小于5%,可近似认为刚性弹侵彻。在空腔膨胀理论基础上,通过建立尖卵型和双弧线型弹头部形状函数,分析了2种不同弹头形状弹体的受力情况,建立了阻力模型,数值求解了弹体的侵彻深度。理论计算结果与试验结果吻合较好,分析结果表明,弹体质量、着靶速度、靶体一致的条件下,双弧线型弹体的侵彻能力比尖卵型高约9%。     

杆式动能弹斜侵彻横向运动靶板影响因素的数值模拟

利用LS-DYNA3D有限元软件对钨合金长杆弹斜侵彻运动靶板进行了数值模拟研究,从长杆弹剩余速度和靶板破坏程度的角度分析了动能弹体斜侵彻横向运动靶板的能力。从中得出了弹体的变化规律和靶板的物理图像,结果表明:长杆弹初速度及长细比、靶板运动方向及速度、靶板的倾角对弹体的侵彻能力都有很大的影响。     

基于变分法原理的侵彻弹体头部形状优化设计

针对刚性弹体侵彻半无限混凝土靶,利用量纲分析方法分析了介质阻力的基本形式,比较了几种经验模型的阻力规律。基于空腔膨胀理论分析了弹头形状对弹体受力的影响,以平滑弹体过载为目标,利用变分法的基本原理分析了不考虑摩擦力影响时弹头形状函数的优化形式,并与几种常用弹头形状函数进行了比较。基于LS-DYNA 3D的数值模拟计算结果显示具有优化函数头部形状的弹体侵彻过载可有效降低,有利于改善弹体受力状态和提高弹体侵彻性能。     

复合式侵彻体斜侵彻多层钢靶弹道研究

为优化弹体头部外形,减小侵彻过程头部侵蚀对弹道偏转的影响,进而提升弹体斜侵彻多层靶弹道稳定性,设计了一种复合式侵彻体,利用ANSYS/LS-DYNA,计算了复合式侵彻体以500～800 m/s速度侵彻3层间隔钢靶的弹道偏转情况,对比了复合式与整体式侵彻体弹道偏移量,探讨了帽罩材质对复合式侵彻体弹道的影响机制,并进行了实...     

基于弯管-流线模型的长杆弹侵彻头部材料流动过程分析

为了研究长杆弹侵彻过程中弹体材料的二维流动特性,基于长杆弹高速侵彻流体动力学模型,结合侵彻过程质量守恒以及弯管-流线模型,发展以撞击速度、参考点角度、参考点半径为控制变量的二维弯管-流线侵彻模型。利用该模型计算分析了钨合金侵彻钢靶过程中弹体头部材料的流动特性,并与试验结果进行了对比。结果表明：长杆弹侵彻过程中弹体头部材料的流动呈非均匀分布特性,外侧流速小于内侧流速,且弹体头部材料压力呈梯度分布。二维弯管-流线模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动行为,解释了弹体在侵彻最终阶段弹体头部由流体主导向固体主导转变的作用过程,揭示了侵彻孔道形状变化与弹体侵彻状态之间的关联机制。     

弹体斜侵彻多层混凝土靶的弹道特性研究

为了研究弹体斜侵彻多层混凝土靶板后的弹道特性,利用 ANSYS ／LS-DYNA 有限元软件,对弹体在不同着角和速度的初始条件下斜侵彻三层混凝土靶板的过程进行数值计算。结果表明：小着角对弹道偏转有一定的抑制作用,而大着角恰恰相反;速度较小时,增大初始速度会增大弹体的弹道偏转角;弹体贯穿每层靶板的速度随着初始着角的增大衰减加快,随着初始速度的增大近似为线性关系。     

复合结构弹头对多层靶的侵彻效能研究

为改善斜侵彻多层靶情况下弹丸的弹道稳定性,设计一种多层复合结构弹头.运用ansys/ls-dyna对复合结构弹头斜侵彻多层靶进行数值模拟,分析弹头结构不同材料组合对弹体剩余动能和弹道稳定性的影响.结果表明:在20°着角下,设计的多层结构弹头具有自砺性;2层和3层结构弹头在弹道稳定性和质量损耗上均明显优于制式弹;设计的多层结构弹头最优方案为2层合金钢结构弹头.该研究可为穿甲弹头结构设计以及小口径枪弹与多层靶的斜侵彻弹道分析提供参考.     

带攻角弹体斜侵彻混凝土深度计算公式对比分析

为了分析经典侵彻深度经验公式对带攻角弹体斜侵彻混凝土靶的适用性,介绍了目前应用较广且精度较高的混凝土侵彻深度计算经验公式,并以152 mm一级轻气炮为试验平台,通过弹体攻角、倾角联合侵彻C30素混凝土靶的试验加载测试系统进行试验研究,测得了弹体着靶速度、开坑尺寸和侵彻深度。并应用各经验公式对带攻角弹体斜侵彻混凝土目标的侵彻深度进行了计算和对比,分析了不同经验公式计算值与实测值之间的差异。试验研究表明,对于带攻角弹体斜侵彻混凝土的侵深经验公式中,ACE公式和Forrestal公式计算侵彻深度与实测侵深最为接近,相对误差均未超过10%,满足工程计算需求。     

考虑靶背自由面效应的中等厚度混凝土介质侵彻工程模型

为评估弹丸侵彻和贯穿中等厚度混凝土介质的能力,在半无限混凝土介质靶体侵彻模型的基础上,考虑混凝土靶背自由面效应,通过构造基于混凝土靶背自由面位置相关的阻力衰减函数,修正弹丸侵彻半无限混凝土靶体的侵彻阻力,建立可以快速预测弹丸侵彻混凝土介质的侵彻深度、贯穿速度和侵彻过载等物理量的工程计算模型。模型中加入混凝土冲塞判据,修正了弹丸临界贯穿情况下的弹丸侵彻阻力,可以预测混凝土靶背发生剪切冲塞现象。用模型对低速(650 m/s)和高速(1 100 m/s)两种侵彻速度弹丸侵彻不同厚度C40混凝土靶板试验工况进行计算,计算结果显示弹丸剩余速度计算值与试验结果绝对值误差小于22.1%,弹丸过载与仿真过载峰值误差小于4.4%; 模型对不同侵彻速度下的有限厚度混凝土靶的临界贯穿厚度进行预测,与NDRC经验公式计算结果对比发现本文模型具有更好的计算精度和速度适应范围。     

反弹道非正侵彻的弹体结构响应实验研究

为研究高速侵彻弹体的瞬态结构响应,利用反弹道实验技术和数字图像相关测试方法,在152 mm轻气炮加载平台上建立了结构弹体非正侵彻2024铝靶的反弹道实验系统。通过弹体侵彻铝靶实验,获得弹体在反弹道非正侵彻过程中的实时响应特性,对比倾角、攻角及倾角与攻角联合侵彻作用下的弹体响应特征,得到了不同侵彻条件下弹体结构的定量响应规律。研究结果表明：攻角对弹体结构弯曲响应的影响更明显,3°攻角侵彻后弹体端部挠度大于10°倾角侵彻的结果,5°攻角大于15°倾角的侵彻结果;5°攻角联合15°倾角的侵彻条件下,弹体头部前1/4处轴向塑性应变可达4.6%,尾部均为弹性变形。     

基于激波传播路径的弹头斜入射双三角阵定位模型

为了减小传统双三角阵定位模型实际测量时由于弹头斜入射引入的定位误差,分析了弹头斜入射靶面时产生的激波至传感器的传播路径,提出了一种基于激波传播路径的双三角阵弹头斜入射定位模型。为验证该模型,利用MATLAB软件分别仿真分析了斜入射和传统模型的定位误差。仿真结果表明,斜入射模型有效减小了由入射角引起的定位误差。设计了无风状态下5.8 mm步 枪的小角度射击实验。实验结果表明,同等硬件条件下,与传统双三角阵定位模型相比,斜入射定位模型弹头坐标测量平均定位误差减小了43.46%,定位精度提高到了1 cm以内。     

助推弹体对混凝土目标侵彻过程的计算方法研究

为了对助推钻地弹侵彻混凝土的过程有更加深刻的认识,并为设计助推钻地弹选择合适的助推方案,基于经典的空腔膨胀解析模型,考虑侵彻过程中弹丸加速度对侵彻阻力的影响,参考文献［7］给出的Forrestal阻力修正模型,求得他们研究中忽略的对阻力有影响的加速度项,提出了一种能够适用于助推钻地弹的侵彻混凝土半经验阻力计算公式。结合某助推钻地弹的研究工作,对助推钻地弹侵彻混凝土的过程进行了计算为了对助推钻地弹侵彻混凝土的过程有更加深刻的认识,并为设计助推钻地弹选择合适的助推方案,基于经典的空腔膨胀解析模型,考虑侵彻过程中弹丸加速度对侵彻阻力的影响,参考文献［7］给出的Forrestal阻力修正模型,求得他们研究中忽略的对阻力有影响的加速度项,提出了一种能够适用于助推钻地弹的侵彻混凝土半经验阻力计算公式。结合某助推钻地弹的研究工作,对助推钻地弹侵彻混凝土的过程进行了计算通过与试验数据进行比较,得出此种新的半经验侵彻阻力公式能够较好地反映助推钻地弹侵彻过程中所受的阻力。通过对各种助推方案的计算,得出了选择助推方案的一般原则,为助推钻地弹的研究提供了指导。     

细长弹在混凝土地面中斜侵彻过程的工程近似分析

在柱腔膨胀模型基础上,将细长弹在水平混凝土地面中的斜侵彻过程,化简为刚性弹体沿攻角方向的轴向运动和垂直于攻角方向土层的一维径向运动．对混凝土层引入锁应变本构模型后,可以获得土盘表面作用力的解析表达式,从而求解弹体运动方程．最后,本文以一些典型算例指出斜侵彻过程的主要特征,并进而说明本方法的适用性和合理性．